淺談高校電力智能節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

周揚(yáng)玲

（四川中醫(yī)藥高等專科學(xué)校信息中心 四川 綿陽 621000）

淺談高校電力智能節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

周揚(yáng)玲

（四川中醫(yī)藥高等專科學(xué)校信息中心 四川 綿陽 621000）

智能綜合布線系統(tǒng)在現(xiàn)代化的生活中扮演著越來越重要的角色，本文對(duì)高校電力智能節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念及特點(diǎn)構(gòu)成進(jìn)行了闡述，并對(duì)布線系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的論述。

智能化；綜合布線；電力布線

我國是一個(gè)人口眾多、資源短缺、環(huán)境容量相對(duì)有限的國家，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大力發(fā)展以及人口的逐漸遞增，資源短缺已經(jīng)成為了影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要問題。我國的能源消費(fèi)總量長期在世界上位于前列。作為資源消費(fèi)特大型國家，我國又屬于典型的資源供應(yīng)依賴型國家，資源消費(fèi)對(duì)外部的依賴程度極高。

為了解決資源短缺的問題，國家制定相關(guān)政策加大節(jié)能市場(chǎng)的市場(chǎng)容量，為節(jié)能市場(chǎng)開辟了一個(gè)前所未有的大好局面，在未來幾年里，中國節(jié)能市場(chǎng)容量將出現(xiàn)幾何倍數(shù)的增長。

而相對(duì)其他能源，國家電力資源的緊缺與電力資源無法高效利用的更為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年因電能利用效率低下而造成的電力浪費(fèi)約兩千億千瓦時(shí)。

浪費(fèi)用電是現(xiàn)在屢見不鮮的社會(huì)現(xiàn)象，它是隨著人員物質(zhì)生活和精神生活的富余而逐步產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。比如：一個(gè)人在家，卻將家里的所以燈全部打開；在學(xué)校的教室里，學(xué)生離開了教室，教室里一個(gè)人都沒有，卻沒有及時(shí)關(guān)燈，導(dǎo)致燈一直開著。很多人都不知道電力資源的寶貴，更不知道節(jié)約用電。導(dǎo)致電力資源大量流失，無法高效的進(jìn)行利用。

本系統(tǒng)采用圖像識(shí)別和傳感器綜合的方式來設(shè)計(jì)智能電力節(jié)能控制解決方案：

主要利用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)判斷、人數(shù)檢測(cè)和人員分布位置的確定，并使用上位機(jī)軟件通過總線對(duì)各前端設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析，從而下達(dá)正確的燈光控制指令，進(jìn)行電力資源的智能控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。

采用光敏電阻檢測(cè)光線強(qiáng)弱。圖1是光敏電阻的特性曲線示意圖，其中，fL fH是光敏電阻的工作頻帶，flP是中心頻率；圖2是光敏電阻在中心頻率光照下的電阻值與光強(qiáng)的關(guān)系曲線示意圖。

圖1 光敏電阻的特性曲線

圖2 電阻值與光強(qiáng)的關(guān)系曲線示意圖

光敏電阻的工作特性為[19]：當(dāng)入射光強(qiáng)強(qiáng)時(shí)，電阻會(huì)減小，當(dāng)入射光強(qiáng)弱時(shí)，電阻會(huì)增大。隨著光強(qiáng)的不斷增強(qiáng)，電阻值急劇減小，其暗室電阻可達(dá)到50MΩ。因此可以根據(jù)工作在可見光頻率范圍的光敏電阻，利用其工作特性測(cè)出光強(qiáng)信號(hào)，即可判斷室內(nèi)燈光的開啟條件。當(dāng)自然光強(qiáng)可以滿足室內(nèi)照明需求時(shí)，即使室內(nèi)有人，也不會(huì)開啟燈光；當(dāng)自然光強(qiáng)無法滿足照明需求時(shí)，通過紅外設(shè)備檢測(cè)室內(nèi)是否有人，如果室內(nèi)有人則達(dá)到燈光開啟的條件。

檢測(cè)室內(nèi)人員人數(shù)的紅外設(shè)備由一個(gè)紅外發(fā)光二極管與一個(gè)紅外光敏三極管構(gòu)成，利用紅外二極管發(fā)射紅外光線，利用光敏三極管接收紅外光線，在二極管和三極管之間形成一條檢測(cè)線。

人體熱釋電紅外傳感器的優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)射任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的，對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管物體是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)。其缺點(diǎn)是容易受各種熱源，光源的干擾；被動(dòng)紅外穿透能力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環(huán)境溫度和人體接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降。但是在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。處理后的信號(hào)仍然是一個(gè)模擬信號(hào)，可以直接接入單片機(jī)的P1口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而得到熱釋電信號(hào)。

若有人進(jìn)入房間，通過第1路紅外傳感器，被感應(yīng)到后，紅外接收管輸出信號(hào)就由高電平變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，此信號(hào)經(jīng)過隔離緩沖送至CPU處理，若有人出房間，第2路紅外傳感器感應(yīng)到后同樣經(jīng)過隔離緩沖送至CPU處理。當(dāng)系統(tǒng)電路統(tǒng)計(jì)的人數(shù)大于0(即室內(nèi)有人)。

這個(gè)方案減少了安裝的麻煩，通過減小系統(tǒng)的體積，使其只需將探頭安裝在門口處，避免了室內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境對(duì)安裝的影響。處理后的信號(hào)仍然是一個(gè)模擬信號(hào)，可以直接接入單片機(jī)的P1口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而得到熱釋電信號(hào)。

經(jīng)過上述過程，完成了對(duì)人進(jìn)入房間的檢測(cè)，從而判斷進(jìn)入房間內(nèi)人數(shù)。如果人員離開房間，上述1號(hào)和2號(hào)傳感器的檢測(cè)順序相反，從而判斷離開房間人數(shù)，從而得到房間內(nèi)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

由于室內(nèi)公共場(chǎng)所的照明設(shè)備往往有多個(gè)，可安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，采集視頻信號(hào)，通過圖像識(shí)別技術(shù)分析采集到的視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)人數(shù)信息和人員分布信息的檢測(cè)，并通過相應(yīng)處理電路，將得到人員信息轉(zhuǎn)換為TTL電平，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)和處理，從而判斷開啟燈組數(shù)量。根據(jù)設(shè)定燈光開啟規(guī)則，利用可控硅來自動(dòng)控制照明設(shè)備是否開啟，以及開啟和關(guān)閉的數(shù)量。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

（1）燈光控制

采用MOC3041雙向可控硅輸出型光電耦合器來實(shí)現(xiàn)

（2）燈光供電平均電壓的控制

通過單片機(jī)PWM信號(hào)來進(jìn)行控制，控制PWM的占空比

（3）燈光定時(shí)開啟的控制

通過計(jì)算機(jī)設(shè)置，由計(jì)算機(jī)讀取系統(tǒng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)

（4）燈組完好性的檢測(cè)

通過對(duì)檢測(cè)指令的實(shí)施情況

（5）綜合光強(qiáng)和控制信息，如果已經(jīng)發(fā)出點(diǎn)亮照明設(shè)備的控制信號(hào)(假設(shè)發(fā)送該控制信號(hào)的控制器工作狀態(tài)良好)，而室內(nèi)光強(qiáng)并無改變，就可以準(zhǔn)確判斷哪一組照明設(shè)備出現(xiàn)了故障，并自動(dòng)給出報(bào)修信息。

一臺(tái)PC機(jī)負(fù)責(zé)一棟樓的控制和視頻處理，處理的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǘǖ墓芾鞵C，進(jìn)行信息歸總處理。同時(shí)，負(fù)責(zé)每棟樓管理的PC將每個(gè)房間單片機(jī)采集的人數(shù)信息、光強(qiáng)信息、燈具完好性等信息收集起來，再根據(jù)光強(qiáng)信息、人數(shù)信息和人員位置信息和其它房間是否正在進(jìn)行電氣檢修等信息，綜合進(jìn)行判斷，確定是否開啟、開啟多少、開啟那里的燈光。

系統(tǒng)通過微機(jī)串行接口與485總線進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)微機(jī)與多臺(tái)設(shè)備的連網(wǎng)，通過這種通訊方式，可通過微機(jī)進(jìn)行多個(gè)設(shè)備的參數(shù)修改與指令控制，實(shí)現(xiàn)控制的靈活性和及時(shí)性。485總線通信采用RS232C-485通信的低功耗收發(fā)器。

系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行RS-232與RS-485信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換器兼容RS-232、RS-485標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)味说腞S-232信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡差分的RS-485信號(hào)，并可將RS-232通信距離延長到1.2公里。實(shí)現(xiàn)了主控計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的通訊，構(gòu)建了1點(diǎn)到多點(diǎn)的半雙工通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)應(yīng)答通訊機(jī)制。

本設(shè)計(jì)從電力節(jié)能系統(tǒng)對(duì)學(xué)校教學(xué)用電的影響出發(fā)，以節(jié)約能源為目的，制定了相應(yīng)的燈光智能控制策略，設(shè)計(jì)了以光敏電阻檢測(cè)室內(nèi)自然光光線強(qiáng)弱、以熱釋電紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)人數(shù)檢測(cè)、以圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員分布位置的檢測(cè)的方案。在設(shè)計(jì)過程中，使用了以下關(guān)鍵技術(shù)∶

（1）將圖像信息中的光強(qiáng)信息從RGB空間中分離的空間變換技術(shù)，其中包括光線補(bǔ)償（Lighting Compensation）處理和非線性分段色彩變換（Nonlinear Color Transformation）；

（2）將人像從其他圖像中分離的圖像分割處理技術(shù)；

（3）將誤檢信號(hào)從分離出的人像信息中再分離的圖像后驗(yàn)技術(shù)；

（4）檢測(cè)房間人數(shù)信息的熱釋電紅外傳感技術(shù)；

（5）串口通信技術(shù)；

（6）燈光可控硅控制技術(shù)；

（7）用于公共場(chǎng)所燈光智能控制的信息融合技術(shù)；

（8）高級(jí)語言編程技術(shù)。

TM921.5;TM923 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-5624（2018）02-0154-02

周揚(yáng)玲（1979-），女，漢族，四川綿陽人，四川中醫(yī)藥高等專科學(xué)校信息中心計(jì)算機(jī)教研室主任，計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用碩士研究生，計(jì)算機(jī)講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。